Thiết kế bộ nghịch lưu 3 pha hình t tự sửa lỗi hở 1 khóa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CƠNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

THIẾT KẾ BỘ NGHỊCH LƯU 3 PHA HÌNH T TỰ SỬA LỖI
HỞ 1 KHĨA

GVHD: QUÁCH THANH HẢI
SVTT: LÊ PHƯƠNG THANH
MSSV:15142104
SVTH: NGÔ SĨ HUY
MSSV: 15142043

SKL 0 0 5 7 9 1

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 7/2019


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỔ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
----------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ BỘ NGHỊCH LƯU 3 PHA HÌNH T
TỰ SỬA LỖI HỞ 1 KHĨA
SVTH:

MSSV:

LÊ PHƯƠNG THANH

15142104

NGƠ SĨ HUY

15142043

KHOA: ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
GVHD: TS. QUÁCH THANH HẢI
Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 7 năm 2019


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỔ CHÍ MINH
KHOA ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
----------

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
THIẾT KẾ BỘ NGHỊCH LƯU 3 PHA HÌNH T
TỰ SỬA LỖI HỞ 1 KHĨA
SVTH:

MSSV:

LÊ PHƯƠNG THANH

15142104

NGƠ SĨ HUY

15142043

KHOA: ĐÀO TẠO CHẤT LƯỢNG CAO
NGÀNH: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
GVHD: TS. QUÁCH THANH HẢI
Tp. Hồ Chí Minh, Tháng 7 năm 2019

Page | i


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
----***----

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2019

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1. Thông tin sinh viên
Họ và tên: Lê Phương Thanh
MSSV: 15142104
Tel: 036 393 1518
Email:
Họ và tên: Ngô Sĩ Huy
MSSV: 15142043
Tel: 039 3579 068
Email:

2. Thông tin đề tài
Tên của đề tài: Thiết kế bộ nghịch lưu 3 pha hình T tự sửa lỗi hở 1 khóa.
Mục đích của đề tài: Nâng cao chất lượng điện năng, đám bảo tính liên tục của
hệ thống.
Đồ án tốt nghiệp được thực hiện tại: Phòng TN Điện tử công suất nâng cao
D405, Khoa Điện - Điện Tử, Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố
Hồ Chí Minh.
3. Các nhiệm vụ cụ thể của đề tài
Tuần/
Nội dung
GV xác nhận
ngày
1

Nhận đề tài và tìm hiểu các tài liệu liên
quan đến đề tài.

2

Cài đặt, làm quen, sử dụng các phần
mềm liên quan đến việc thực hiện đồ án
tốt nghiệp.
Nghiên cứu tài liệu, tìm hiểu giải thuật
điều chế. Thực hiện mô phỏng trên phần
mềm Psim
Tiến hành vẽ sơ đồ mạch nguyên lý, vẽ
mạch in

3

4

Page | ii


5

Thi cơng mạch in.

6

Hồn thiện mạch in. Nghiên cứu hồn
thiện giải thuật.
Thiết kế mơ hình hệ thống. Hồn thiện
các module.

7
8

Thực hiện thi cơng mơ hình hệ thống.
Tối ưu kích thước hệ thống.

9

Cho chạy mơ hình, kiểm tra khi hệ
thống chạy chưa ổn định, xuất hiện lỗi.

10

Tiếp tục chạy mơ hình, tìm và khắc

phục lỗi khi hệ thống chạy sai.

11

Tìm hiểu về giải thuật khắc phục sự cố
khi hệ thống bị sự cố. Viết báo cáo.

12

Chạy thực nghiệm. Viết báo cáo.

13

Viết báo cáo.

14

Viết báo cáo.

15

Viết báo cáo.
GV HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ và tên)

Quách Thanh Hải

Page | iii

LỜI CAM ĐOAN
Nhóm, Lê Phương Thanh và Ngơ Sĩ Huy cam đoan Đồ Án Tốt Nghiệp là cơng
trình nghiên cứu của chúng tơi dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của tiến sĩ Quách
Thanh Hải.
Các kết quả công bố trong Đồ Án Tốt Nghiệp là trung thực và không sao chép
từ bất kỳ cơng trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2019
SV thực hiện đồ án

Lê Phương Thanh

Ngô Sĩ Huy

Page | iv


Page | v


CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh Phúc

*******
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN
Họ và tên sinh viên: Lê Phương Thanh

MSSV: 15142104

Họ và tên sinh viên: Ngô Sĩ Huy

MSSV: 15142043

Ngành: Công nghệ kỹ thuật Điện – Điện tử.
Tên đề tài: Thiết kế bộ nghịch lưu 3 pha hình T tự sửa lỗi hở 1 khóa.
Họ và tên Giáo viên phản biện:
NHẬN XÉT
1. Về nội dung đề tài & khối lượng thực hiện:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
2. Ưu điểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
3. Khuyết điểm:
.................................................................................................................................................
.................................................................................................................................................
4. Đề nghị cho bảo vệ hay khơng?
.................................................................................................................................................
5. Đánh giá loại:
..........................................................................................................................................
6. Điểm:……………….(Bằng chữ: ..................................................................................... )

Tp. Hồ Chí Minh, ngày

tháng năm 20…

Giáo viên hướng dẫn
(Ký & ghi rõ họ tên)

Page | vi

LỜI CẢM ƠN
Nước biển mênh mơng khơng đơng đầy tình mẹ
Mây trời lồng lộng khơng phủ kín cơng cha.
Câu thơ trên đã nêu lên công ơn to lớn của cha mẹ đối với chúng ta. Cha Mẹ những
người đã hy sinh cả đời vì con, cho con cuộc sống, chắp cánh những ước mơ trong con,
Cha Mẹ đã trực tiếp cho con một tương lai tươi sáng, những người luôn tin tưởng và
yêu quy con nhất, luôn luôn vui buồn cùng con trong thời gian qua. Con xin cảm ơn
Cha Mẹ, trong cuộc sống này con sẽ vì Cha Mẹ mà cố gắng khơng phụ lịng Cha Mẹ.
Để luận văn này đạt kết quả tốt, nhóm đã nhận được sự hỗ trợ, giúp đỡ của nhiều
giảng viên của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành Phố Hồ Chí Minh. Với tình
cảm sâu sắc, chân thành, cho phép nhóm được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả
các giảng viên đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình học tập và nghiên cứu đề tài.
Trước hết nhóm xin gửi tới các thầy cô khoa Điện – Điện Tử lời chào trân trọng,
lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn sâu sắc. Với sự quan tâm, dạy dỗ, chỉ bảo tận tình chu
đáo của thầy cơ, đến nay nhóm đã có thể hồn thành Đồ Án Tốt Nghiệp, đề tài:
"Thiết kế bộ nghịch lưu 3 pha hình T tự sửa lỗi hở 1 khóa".
Đặc biệt nhóm xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy Quách Thanh Hải. Đã quan
tâm giúp đỡ, hướng dẫn nhóm hồn thành tốt luận văn này trong thời gian qua.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến lãnh đạo Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành
Phố Hồ Chí Minh, các Khoa phòng ban chức năng đã trực tiếp và gián tiếp giúp đỡ
nhóm trong suốt q trình học tập và nghiên cứu đề tài.
Không thể không nhắc tới sự giúp đở của của Thầy Đỗ Đức Trí phịng thực tập
Điện tử cơng suất nâng cao, cùng sự giúp đỡ nhiệt tình của các anh chị Phịng điện tử
cơng suất nâng cao D405, đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho nhóm trong suốt thời gian
thực tập tại phịng điện tử cơng suất nâng cao.
Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một học viên, luận
văn này khơng thể tránh được những thiếu sót. Nhóm rất mong nhận được sự chỉ bảo,
đóng góp ý kiến của các thầy cơ để nhóm có điều kiện bổ sung, nâng cao kiến thức của
mình, phục vụ tốt cho cơng việc thực tế sau này.

Nhóm xin chân thành cảm ơn!

Page | vii


MỤC LỤC
NỘI DUNG .......................................................................................................... TRANG
TRANG BÌA PHỤ ............................................................................................................i
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................................ii
LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................iv
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ................................................ v
PHIẾU NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ..................................................vi
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................................vii
MỤC LỤC .................................................................................................................... viii
TÓM TẮT .......................................................................................................................xi
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ...............................................................................xii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ................................................................................ xiii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ .................................................................xiv
CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU ............................................................................................... 1
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU ....................................... 1
1.2 TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ ............................................................ 1
1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................................... 3
1.4 NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI ........................................................... 3
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN ...................................................................................... 4
2.1

KHÁI NIỆM ....................................................................................................... 4

2.1.1 KHÁI NIỆM NGHỊCH LƯU ........................................................................... 4
2.1.2 NGHỊCH LƯU 3 PHA 2 BẬC ......................................................................... 4

2.1.2.1 SƠ ĐỒ NGHỊCH LƯU 3 PHA 2 BẶC ..................................................... 4
2.1.2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG .................................................................... 5
2.1.3 NGHỊCH LƯU 1 PHA 3 BẬC HÌNH T .......................................................... 6
2.1.4 NGHỊCH LƯU 3 PHA 3 BẬC HÌNH T ( T type Inverter ) ............................ 8
2.1.4.1 SƠ ĐỒ NGHỊCH LƯU 3 PHA HÌNH T 3 PHA ....................................... 8
2.1.4.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG .................................................................... 8

Page | viii


2.1.5 PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN...................................................................... 9
2.1.6 PHƯƠNG PHÁP THAY ĐỔI ĐIỆN ÁP NGUỒN VÀO ............................. 11
CHƯƠNG 3 GIẢI THUẬT TỰ SỬA LỔI HỞ MỘT KHÓA....................................... 14
3.1 GIẢI THUẬT SỬA LỔI HỞ MỘT KHÓA ......................................................... 14
3.1.1 HỞ KHÓA SA1 ................................................................................................ 15
3.1.2 HỞ KHÓA SA2 ................................................................................................ 17
3.2 LƯU ĐỒ GIẢI THUẬT TỰ SỬA LỔI HỞ MỘT KHÓA .................................. 19
CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ VÀ THI CƠNG MƠ HÌNH ................................................... 21
4.1 SƠ ĐỒ KHỐI CỦA BỘ NGHỊCH LƯU ............................................................. 21
4.2 CHI TIẾT TỪNG MẠCH TRONG BỘ NGHỊCH LƯU ..................................... 21
4.2.1 CARD XỮ LÝ TÍN HIỆU TMS320F28335................................................... 21
4.2.1.1 TỔNG QUÁT VỀ CARD XỮ LÝ TÍN HIỆU TMS320F28335 ............. 21
4.2.1.2 ĐẶC ĐIỂM VỀ CARD XỮ LÝ TÍN HIỆU TMS320F28335 ................ 22
4.2.1.3 CCS PHẦN MỀN LẬP TRÌNH CHO CARD XỮ LÝ TÍN HIỆU
TMS320F28335 ................................................................................................... 22
4.2.2 MẠCH NGUỒN ............................................................................................ 23
4.2.2.1 MẠCH NGUỒN ĐỘNG LỰC ................................................................ 23
4.2.2.2 MẠCH NGUỒN ĐIỀU KHIỂN .............................................................. 24
4.2.2.3 MẠCH NGUỒN CHO CARD TMS320F28335 ..................................... 25
4.2.3 MẠCH KÍCH CHO IGBT ............................................................................. 26

4.2.3.1 IC NGUỒN QA01 ................................................................................... 28
4.2.3.2 TPL250..................................................................................................... 29
4.2.4 MẠCH CÔNG SUẤT .................................................................................... 30
4.2.4.1 IGBT FGH60N60SFD ............................................................................. 30
4.2.4.2 MẠCH CƠNG SUẤT .............................................................................. 31
4.2.5 MƠ HÌNH TỒNG THỂ.................................................................................. 31
4.2.6 MẠCH MÔ PHỎNG...................................................................................... 33
4.2.6.1 MẠCH NGUYÊN LÝ TRÊN PSIM ....................................................... 33
4.2.6.2 MẠCH TẠO XUNG KÍCH TRÊN PSIM ............................................... 33
Page | ix


CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ ................................................................................................. 34
5.1 CÁC BƯỚC TIẾN HÀNH LẤY KẾT QUẢ ....................................................... 34
5.2 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ................................................................................ 35
5.2.1 DẠNG SĨNG XUNG KÍCH CHO CÁC KHĨA IGBT ................................ 35
5.2.2 ĐIỆN ÁP ĐIỂM A ĐẾN TRUNG TÍNH TẢI (UAN) ..................................... 39
5.2.3 ĐIỆN ÁP TỪ ĐIỂM A ĐẾN TRUNG TÍNH NHUỒN (UAO) ....................... 41
5.2.4 ĐIỆN ÁP DÂY (UAB) ..................................................................................... 43
5.2.5 ĐIỆN ÁP TRÊN TẢI R .................................................................................. 45
5.2.6 DÒNG ĐIỆN NGÕ RA TRÊN TẢI ............................................................... 47
5.2.7 QUÁ TRÌNH CHUYỂN MẠCH VÀ THD CỦA MƠ HÌNH ........................ 47
5.3 NHẬN XÉT KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC .................................................................. 49
CHƯƠNG 6 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................................................ 50
6.1 KẾT LUẬN........................................................................................................... 50
6.2 NHỮNG VẤN ĐỀ CÒN THIẾU SÓT ................................................................. 50
6.3 HƯỚNG PHÁP TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ................................................................ 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 52

Page | x

TÓM TẮT
Trong những năm gần đây, các tấm pin năng lượng mặt trời dần được sử dụng rộng
rãi, các tuabin năng lượng gió cũng bắt đầu được sử dụng phổ biến hơn ở các tỉnh
thành Việt Nam. Việc sử dụng các bộ nghịch lưu là rất cần thiết để tận dụng các nguồn
năng lượng sạch này nhằm phục vụ cho các nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của mọi nhà,
qua đó sẽ giảm được đáng kể chi phí điện năng tiêu thụ về lâu dài.
Bộ nghịch lưu ba pha, ba bậc hình T (T-type inverter) là một dạng cải tiến của mơ
hình nghịch lưu NPC truyền thống sử dụng diode kẹp. Nghịch lưu ba bậc hình T với
cùng số khóa bán dẫn, tuy nhiên do khơng sử dụng diode kẹp nên kích thước của mạch
giảm xuống, hiệu quả kinh tế tăng lên. Một hạn chế trong các bộ nghịch lưu đa bậc là
chuyển mạch nhiều trên các khoá bán dẫn làm tăng tổn hao của mạch cơng suất v.v…
Ngồi ra do có nhiều khóa bán dẫn, đây là phần tử có khả năng hư hỏng cao nhất trong
mạch nghịch lưu nên việc hư hỏng các khóa cơng suất dẫn đến ngừng hoạt động của hệ
thống nghịch lưu là thường xuyên hơn. Do đó, đề tài này tập trung nghiên cứu “Giải
thuật tự sửa lỗi khi có một khóa trong mạch nghịch lưu hình T 3 pha bị hở mạch”.
Giải thuật tự sửa lỗi là một giải thuật mới, nó sẽ giúp cho điện áp đầu ra vẫn đảm
bảo được mức quy định tối thiểu theo quy định của điện lực Việt Nam trong trường
hợp có một khóa trong mạch nghịch lưu hở mạch. Phương pháp nghiên cứu chính của
đề tài dựa trên những yếu tố sau:
-

Nghiên cứu lý thuyết dựa trên các bài báo khoa học đã công bố.

-

Dựa vào lý thuyết tiến hành mô phỏng bằng phần mềm và xây dựng mơ hình
chạy thực tế.

Ghi nhận kết quả từ thực nghiệm, đánh giá trên phần mềm PSIM và mơ hình
thực tế
Nội dung của luận văn được chia thành 5 chương:
-

o Chương 1: Giới Thiệu
o Chương 2: Cơ Sở Lý Luận
o Chương 3: Giải Thuật Tự Sửa Lỗi Hở Một Khóa
o Chương 4: Thiết Kế Và Thi Cơng Mơ Hình
o Chương 5: Kết Quả
o Chương 6: Kết Luận Và Hướng Phát Triển

Page | xi


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
IGBT : Insulated Gate Bipolar Transistor
DCMLI: Diode Clamped Multilevel Inverter
CHBMLI: Cascaded H-bridge multilevel inverter
PWM: Pulse-width modulation
SPWM: Sine pulse width modulation
CMV: Common – mode voltage
NPC: Neutral Point Clamped
DC: Direct Current
AC: Alternating Current
THD: Total Harmonic Distortion

f c : Tần số sóng mang
f m : Tần số sóng điều khiển

Am : Biên độ đỉnh của sóng điều khiển
SCR: Silicon Sontrolled Rectifier

Page | xii


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1 Bảng trạng thái đóng cắt nghịch lưu hình T 1 pha. ......................................... 7
Bảng 2. 2 Trạng thái hoạt động của mạch nghịch lưu hình T .......................................... 8
Bảng 2. 3 Bảng thể hiện các khóa được dẫn .................................................................... 9
Bảng 3. 1 Bảng trạng thái hoặc động của nghịch lưu hình T ......................................... 14
Bảng 5. 1 Thông số linh kiện sử dụng ........................................................................... 34

Page | xiii


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ
Hình 2. 1 Sơ đồ nghịch lưu 3 pha 2 bậc ........................................................................... 4
Hình 2. 2 Mạch tương đương một pha trong mạng 3 pha 3 bậc hình T........................... 6
Hình 2. 3 Chế độ 1 ........................................................................................................... 6
Hình 2. 4 Chế độ 2 ........................................................................................................... 7
Hình 2. 5 Chế độ 3 ........................................................................................................... 7
Hình 2. 6 Sơ đồ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T ............................................................ 8
Hình 2. 7 Giản đồ điều chế xung kích bằng phương pháp SPWM ................................ 10
Hình 2. 8 Phương Pháp SPWM ..................................................................................... 11
Hình 2. 9 Xung kích SA1, SA2, SA3 .................................................................................. 11
Hình 2. 10 Mạch nguyên lý của mạch boost điện áp. .................................................... 12
Hình 2. 11 Nguyên lý hoạt động của mạch boost điện áp. ............................................ 12
Hình 2. 12 Sơ đồ chuyển mạch chế độ liên tục. ............................................................. 13
Hình 3. 1 Sơ đồ mạch hở khóa SA1 hoặc SA3 ................................................................. 15

Hình 3. 2 Hở khóa SA2.................................................................................................... 17
Hình 3. 3 Giản đồ xung kích khi có lỗi SA2 cho pha A .................................................. 18
Hình 3. 4 Lưu đồ giải thuật tự sửa lỗi hở một khóa ....................................................... 19
Hình 3. 5 Lưu đồ giải thuật tạo xung kích SA1, SA2, SA3 ................................................ 20
Hình 4. 1 Sơ đồ khối bộ nghịch lưu ............................................................................... 21
Hình 4. 2 Hình ảnh kit DSP TMS320F28335 ................................................................ 22
Hình 4. 3 Mạch nguyên lý của mạch boost điện áp ....................................................... 23
Hình 4. 4 Sơ đồ mạch in của mạch boost ....................................................................... 23
Hình 4. 5 Mạch Boost hồn thiện................................................................................... 23
Hình 4. 6 Biến áp tạo nguồn 40VDC ............................................................................. 24
Hình 4. 7 Nguồn tổ ong 15v 3a ...................................................................................... 24
Hình 4. 8 Adaptor 5V 2A ............................................................................................... 25
Hình 4. 9 Sơ đồ ngun lý mạch kích ............................................................................ 26
Hình 4. 10 Sơ đồ mạch in mạch kích (lớp trên) ............................................................. 26
Hình 4. 11 Sơ đồ mạch in mạch kích (lớp dưới) ............................................................ 27
Hình 4. 12 Mạch kích IGBT .......................................................................................... 27
Hình 4. 13 Hình ảnh series QA[14] ............................................................................... 28
Hình 4. 14 Sơ đồ và chức năng các chân của QA01 ...................................................... 28
Hình 4. 15 Opto TLP250 ................................................................................................ 29
Hình 4. 16 Sơ đồ chân của IGBT FGH60N60SFD ........................................................ 30
Page | xiv


Hình 4. 17 Sơ đồ mạch nguyên lý pha A ....................................................................... 31
Hình 4. 18 Sơ đồ mạch in cho mạch cơng suất pha A ................................................... 31
Hình 4. 19 Mạch cơng suất 3 pha ................................................................................... 32
Hình 4. 20 Mạch tổng thể ............................................................................................... 32
Hình 4. 21 Sơ đồ mạch nguyên lý trên phần mềm mơ phỏng Psim............................... 33
Hình 4. 22 Mạch tạo xung kích cho IGBT trên Psim .................................................... 33
Hình 5. 1 Xung kích SA1, SA2, SA3 .................................................................................. 35

Hình 5. 2 Mơ phỏng xung kích SA1, SA2, SA3 ................................................................. 35
Hình 5. 3 Xung kích IGBT mạch Boost khi chưa lỗi .................................................... 36
Hình 5. 4 Mơ phỏng xung kích IGBT mạch Boost khi chưa lỗi .................................... 36
Hình 5. 5 Xung kích IGBT mạch Boost khi lỗi ............................................................. 37
Hình 5. 6 Xung kích mơ phỏng IGBT mạch Boost khi lỗi ............................................ 37
Hình 5. 7 Điện áp nguồn động lực khi chưa boost......................................................... 38
Hình 5. 8 Điện áp nguồn động lực khi lỗi ...................................................................... 38
Hình 5. 9 Điện áp UAN.................................................................................................... 39
Hình 5. 10 Mơ phỏng điện áp UAN ................................................................................. 39
Hình 5. 11 Điện áp UAN sau khi sửa lỗi ......................................................................... 40
Hình 5. 12 Mơ phỏng điện áp UAN sau khi sửa lỗi......................................................... 40
Hình 5. 13 Điện áp UAO.................................................................................................. 41
Hình 5. 14 Mơ phỏng điện áp UAO ................................................................................. 41
Hình 5. 15 Điện áp UAO sau khi sửa lỗi ......................................................................... 42
Hình 5. 16 Mơ phỏng điện áp UAO sau khi sửa lỗi......................................................... 42
Hình 5. 17 Điện áp dây UAB ........................................................................................... 43
Hình 5. 18 Điện áp dây UAB mơ phỏng .......................................................................... 43
Hình 5. 19 Điện áp UAB sau khi sửa lỗi ......................................................................... 44
Hình 5. 20 Mơ phỏng điện áp UAB sau khi sửa lỗi ......................................................... 44
Hình 5. 21 Điện áp tải .................................................................................................... 45
Hình 5. 22 Mơ phỏng điện áp tải.................................................................................... 45
Hình 5. 23 Điện áp UARMS .............................................................................................. 46
Hình 5. 24 Mơ phỏng điện áp UARMS sau lỗi.................................................................. 46
Hình 5. 25 Dịng điện ngõ ra trên tải .............................................................................. 47
Hình 5. 26 Điện áp chuyển mạch sang trạng thái lỗi ..................................................... 47
Hình 5. 27 THD khi chưa lỗi ......................................................................................... 48
Hình 5. 28 THD khi lỗi SA1 ............................................................................................ 48
Hình 5. 29 THD khi lỗi SA2 ............................................................................................ 48

Page | xv

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU
Ngày nay thiết bị nghịch lưu được sử dụng rất phổ biến từ trong hộ gia đình cho
đến các nhà máy sản xuất trong nhiều lĩnh vực ví dụ như trong nghịch lưu nối lưới hệ
thống điện phân phối[1], trong điều khiển động cơ[6], trong hệ thống điện mặt trời[7]...
Nghịch lưu đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy và xí nghiệp, đối
với các nhà máy thì việc họ đảm bảo được tính ổn định và liên tục của những động cơ
và hệ thống là vấn đề được các doanh nghiệp đặt lên hàng đầu.
Nhưng thực tế nghịch lưu có cấu tạo chính từ các khóa bán dẫn do đó vẫn có khả
năng hư hỏng. Mỗi 1 khóa hư hỏng thì làm biến tần ngừng hoạt động làm gián đoạn hệ
thống vận hành, qua đó trực tiếp dẫn đến tổn thất kinh tế không đáng có cho các nhà
máy xí nghiệp[8].
Để đáp ứng u cầu đó, Những năm gần đây, có nhiều cơng trình nghiên cứu ứng
dụng và phát triển bộ nghịch lưu hình T[9]. Nghịch lưu hình T là bộ nghịch lưu có
nhiều ưu điểm hơn so với các bộ nghịch lưu trước đó như là nghịch lưu NPC truyền
thống, nghịch lưu đa cấp kẹp (DCMLI), nghịch lưu đa cấp cầu nối H (CHBMLI).
Nhưng song song với các ưu điểm, do nghịch lưu hình T vẫn cần nhiều khóa đóng cắt
nên khả năng hở mạch một trong các khóa trên là rất cao, nên đề tài này nhóm sẽ phân
tích và vận dụng “Giải thuật tự sửa lỗi khi có một khóa trong mạch nghịch lưu hình T 3
pha bị hở mạch”.
1.2 TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ
Việc nghiên cứu các bộ nghịch lưu đã có từ hơn 30 năm qua. Trong những năm
gần đây, việc nghiên cứu các bộ nghịch lưu đã và đang được thực hiện ngày một nhiều
hơn với nhiều kết quả có đóng góp quan trọng trong các nghành cơng nghiệp của thế
giới.
Đến nay, đã có nhiều cơng trình nghiên cứu về vấn đề mạch nghịch lưu hình T có
thể kể đến như sau:

Page | 1


 Tình hình ngồi nước:
Trong bài báo “Design and Implementation of 3-Phase 3-Level T-type Inverter
with Different PWM Techniques”[9] được công bố năm 2016, các tác giả Amit Singh
Jadon, Dr. Anmol Ratna Saxen và Praveen Bansa.
Nội dung bài báo nêu lên lợi ích của nghịch lưu 3 cấp hình T so với các loại nghịch
lưu khác như : nghịch lưu đa cấp kẹp Diode (DCMLI), biến tần đa cấp Flying Tụ
(FCMLI) và biến tần đa cấp cầu nối H (CHBMLI) đã được sử dụng rộng rãi. Các diode
kẹp trong được thay thế bằng IGBT để cải thiện phân phối tổn thất bán dẫn.
Bài viết này đề xuất một cấu trúc liên kết biến tần loại T 3 cấp yêu cầu số lượng
cơng tắc và mạch điều khiển cổng ít hơn so với các bộ biến tần đa cấp thông thường.
Cấu trúc liên kết loại T đã được đề xuất trước đây ở đây được triển khai theo ba pha
với các kỹ thuật PWM khác nhau. Điều khiển điều chế độ rộng xung (PWM) là phương
pháp hiệu quả nhất để kiểm soát điện áp đầu ra trong các bộ biến tần. Các sơ đồ PWM
dựa trên sóng mang được sử dụng cho các bộ biến tần đa cấp là phương pháp hiệu quả
nhất, được thực hiện bằng giao điểm của tín hiệu điều chế với dạng sóng mang hình
tam giác.
Năm 2014, bài báo[10] “A Fault-tolerant T-type Three-Level Inverter System”
được công bố trong IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition APEC 2014, với nội dung nói về cấu hình nghịch lưu hình T, khả năng chịu lỗi tốt hơn
của nghịch lưu hình T, trình bày nguyên tắc chuyển đổi từ trạng thái hoạt động bình
thường sang sau sự cố khi có lỗi hở một khóa hoặc ngắn mạch.
Năm 2015, bài báo[11] “Comparative Analysis of Power Losses for 3-Level NPC
and T-type Inverter Modules” phổ biến trên trang IEEE, với nội dung so sánh tổn thất
điện năng chuyển mạch của nghịch lưu hình T và nghịch lưu NPC trên mô phỏng
PSIM.
Năm 2016, bài báo[12] “Investigation of a Fault-tolerant Three-level T-type
Inverter System” được công bố bởi tổ chức IEEE, nội dung bài báo đề xuất cấu hình bộ
nghịch lưu hình T có thể chịu được lỗi bằng phương pháp cách ly lỗi và thêm cầu chịu

lỗi vào mạch nghịch lưu hình T.

Page | 2


 Tình hình trong nước:
Hiện nay việc nghiên cứu về nghịch lưu hình T trong nước đã phần nào phổ biến
có thể kế đến như nghiên cứu về cấu hình bộ nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình
T tăng áp bằng chuyển mạch LC thực hiện trong bài báo “Three-Level Quasi-Switched
Boost T-Type Inverter: Analysis, PWM Control and Verification” được đăng trên trang
web chính thức của tổ chức IEEE vào năm 2017[13].
Cũng nói về đề tài nghịch lưu hình T năm 2018 hai sinh viên trường Đại Học Sư
Phạm Kỹ Thuật, Nguyễn Thái Duy, Lê Minh Quý cũng đã bảo vệ thành công đồ án tốt
nghiệp đề tài “xây dựng mô hình nghịch lưu tăng áp ba bậc điều khiển cầu diode kẹp
với khả năng chịu lỗi”. với nội dung đề tài thực hiện xây dựng mơ hình nghịch lưu 3
pha ba bậc hình T tăng áp điều khiển cầu diode kẹp với khả năng chịu được sự cố mất
pha ở một nhánh nghịch lưu bất kỳ. Mơ hình được thực hiện dựa trên việc sử dụng card
xử lý tín hiệu số DSP TMS320F28335 kết hợp với vi mạch FPGA để lập trình tạo ra
các xung kích đóng, mở các IGBT tạo ra điện áp xoay chiều 3 pha cấp cho tải[2].
1.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp tổng hợp và phân tích tài liệu để tìm ra tài liệu phù hợp với đề
tài để vận dụng một cách chính xác vào đồ án.
- Phương pháp mơ hình hóa để vận dụng những lý thuyết đã tìm hiểu vào thực
tế, để từ mơ hình ta thu thập được những dữ liệu để chứng minh những lý
thuyết trên là đúng.
- Phương pháp thực nghiệm khoa học để kiểm tra tính chính xác của một lý
thuyết hoặc một giả thuyết mới để ủng hộ hoặc bác bỏ chúng.
1.4 NHIỆM VỤ VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI
Các nhiệm vụ cần thực hiện như sau:
-

 Nghiên cứu giải thuật tự sửa lỗi khi có một khóa trong nghịch lưu hình T hở
mạch với yêu cầu: Điện áp ra mạch nghịch lưu sau khi sửa lỗi đáp ứng giá trị
u cầu của tải.
 Tìm hiểu/phân tích/đưa ra mơ hình tốn cấu hình nghịch lưu hình T 3 pha 3
bậc.
 Nghiên cứu kỹ thuật SPWM cho bộ nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T.
 Tìm hiểu/phân tích các trạng thái lỗi khi khóa hở mạch trong nghịch lưu 3
pha 3 bậc hình T.
 Đề xuất giải thuật tự sửa lỗi khi có một khóa hở mạch trong nghịch lưu 3 pha
3 bậc hình T.
 Mơ phỏng và đánh giá giải thuật đã đề xuất.
Page | 3


CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ LUẬN
2.1
KHÁI NIỆM
2.1.1 KHÁI NIỆM NGHỊCH LƯU
Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn một chiều không đổi
thành năng lượng xoay chiều. Nghịch lưu có hai dạng: nghịch lưu nguồn áp và nghịch
lưu nguồn dòng. Nguồn cung cấp cho hai bộ nghịch lưu này tương ứng với tên của nó
lần lượt là nguồn áp và nguồn dòng[3].
Năng lượng một chiều được lái thành năng lượng xoay chiều bằng cách điều khiển
đóng ngắt các thiết bị công suất (SCR, MOSFET, IGBT, v.v…) với các luật đóng cắt
phụ thuộc vào phương pháp điều khiển được sử dụng.
Người ta thường phân loại nghịch lưu theo sơ đồ, ví dụ như nghịch lưu một pha,
nghịch lưu ba pha. Người ta cũng có thể phân loại chúng theo quá trình điện từ xảy ra
trong nghịch lưu như: nghịch lưu áp, nghịch lưu dòng, nghịch lưu cộng hưởng. Ngồi
ra cịn nhiều cách phân loại nghịch lưu nhưng hai cách trên là phổ biến hơn cả.

Khái niệm bậc xuất phát từ quá trình điện áp giữa đầu một pha tải đến một điểm
điện thế chuẩn trên mạch DC thay đổi giữa hai ba bặc khác nhau, ví dụ khi chọn điểm
có điện thế chuẩn là tâm nguồn DC thì điện áp từ pha tải đến tâm nguồn thay đổi giữa 2
giá trị (+U/2) và (-U/2) trong q trình đóng ngắt các linh kiện thì được gọi là nghịch
lưu 2 bậc.
2.1.2 NGHỊCH LƯU 3 PHA 2 BẬC
2.1.2.1 SƠ ĐỒ NGHỊCH LƯU 3 PHA 2 BẶC
Để có điện 3 pha ta dùng cầu nghịch lưu 3 pha 6 bộ đóng ngắt và diode thu hồi
năng lượng như sau:

Hình 2. 1 Sơ đồ nghịch lưu 3 pha 2 bậc
Page | 4


2.1.2.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Bộ nghịch lưu 3 pha 2 bậc được cấu thành từ 6 IGBT và 6 diode mắc đối song. Các
khóa cơng suất trên cùng một nhánh không được phép cùng dẫn. Với giả thiết tải ba
pha đối xứng thỏa mãn hệ thức[5].
𝑈𝑎𝑜 + 𝑈𝑏𝑜 + 𝑈𝑐𝑜 = 0

(2.1)

Và nguồn áp U được phân chia làm hai nửa bằng nhau với điểm nút phân thế O,
gọi N là điểm nút của tải ba pha dạng sao. Điện áp pha tải Uan, Ubn, Ucn được xác định
theo:
𝑈𝑎𝑛 = 𝑈𝑎𝑜 − 𝑈𝑛𝑜
{𝑈𝑏𝑛 = 𝑈𝑏𝑜 − 𝑈𝑛𝑜
𝑈𝑐𝑛 = 𝑈𝑐𝑜 − 𝑈𝑛𝑜

(2.2)

Điện áp Uao, Ubo, Uco được gọi là các điện áp pha tâm nguồn của các pha a, b, c và
Uno được gọi là điện áp tâm tải-tâm nguồn, được xác định theo:
𝑈𝑛𝑜 =

𝑈𝑎𝑜 +𝑈𝑏𝑜 +𝑈𝑐𝑜
3

(2.3)

Vì vậy, điện áp pha tải và điện áp dây được tính:
Uan =
Ubn =
Ucn =

2𝑈𝑎𝑜 −𝑈𝑏𝑜 − 𝑈𝑐𝑜
3
−𝑈𝑎𝑜 +2𝑈𝑏𝑜 − 𝑈𝑐𝑜
3

(2.4)

𝑈𝑎𝑜 −𝑈𝑏𝑜 −2 𝑈𝑐𝑜
3

Như vậy ta có thể xác định được các điện áp pha tải, điện áp dây và do đó cả dịng
điện tải cũng như dịng điện pha thơng qua điện áp pha – tâm nguồn Uao, Ubo, Uco Các
điện áp này lại được xác định thơng qua trạng thái đóng cắt của các khóa trong các
nhánh pha ví dụ như Sa và Sa’ với pha a. Nếu biểu diễn trạng thái kích dẫn của linh
kiện là 1 và trạng thái kích ngắt là 0 thì phương trình biểu diễn trạng thái kích của các

linh kiện trong các nhánh pha của mạch nghịch lưu 3 pha 2 bậc như sau:
𝑆𝑎 + 𝑆𝑎′ = 1, 𝑆𝑏 + 𝑆𝑏′ =1 và 𝑆𝑐 + 𝑆𝑐′ =1

(2.5)

Page | 5


2.1.3 NGHỊCH LƯU 1 PHA 3 BẬC HÌNH T
Dưới dây là sơ đồ nguyên lý mạch hình T một pha, một chu kỳ hoạt động mạch sẽ
hoạt động trên 3 chế độ như hình [9]:

Hình 2. 2 Mạch tương đương một pha trong mạng 3 pha 3 bậc hình T

Hình 2. 3 Chế độ 1
Trong đó:
R: là nội trở của tụ C,
T1,T2,T3,T4 là các IGBT
Khi T1 được kích, chiều dịng điện sẽ di chuyển theo chiều mũi tên như hình 2.3.
Và điện áp ngõ ra là Vdc/2.

Page | 6


Hình 2. 4 Chế độ 2

Hình 2. 5 Chế độ 3
Trong chế độ 2, khi ta kích đóng T1, T3. Kích dẫn T2 như hình 2.4 thì dịng điện
sẽ qua T2 về tải và điện áp ngõ ra bằng không.
Ngược lại khi ta kích dẫn T3 và kích đóng T1, T2. Điện áp ngõ ra bằng –Vdc/2.

Từ chế độ hoạt động trên ta có:
Switching Devices

Output
Voltage

T1

T2

T3

T4

On

Off

On

Off

+Vdc/2

Off

On

On

Off

0v

Off

On

Off

On

-Vdc/2

Bảng 2. 1 Bảng trạng thái đóng cắt nghịch lưu hình T 1 pha.

Page | 7


2.1.4 NGHỊCH LƯU 3 PHA 3 BẬC HÌNH T ( T type Inverter )
2.1.4.1 SƠ ĐỒ NGHỊCH LƯU 3 PHA HÌNH T 3 PHA
Mơ hình nghịch lưu ba pha ba bậc hình T được mơ tả ở hình 2.6. Bao gồm ba
nhánh cho ba pha điện áp ngõ ra. Mỗi nhánh gồm 4 IGBT được xếp theo hình chữ T.
Nguồn áp một chiều DC cung cấp cho bộ nghịch lưu được chia thành 2 cấp điện áp nhỏ
bằng 2 tụ điện. Từ đó ta có ba bậc điện áp Vdc/2, 0, -Vdc/2.
Sa1

Sb1

+

Sc1
ia

-

Sa2

O

V dc

Ra

a

ib Lb
Sb2

+

ic
Sc2

-

Sa3

G

La

Sb3

Rb

b

Lc

N

c Rc

ca cb cc
Sc3

N

Sx2

Hình 2. 6 Sơ đồ nghịch lưu ba pha ba bậc hình T
2.1.4.2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG
Về cơ bản mạch nghịch lưu 3 pha 3 bậc hình T hoạt động sẽ có 3 mức trạng thái:
+ Sa1 dẫn: Điện áp ngõ ra là +Vdc/2.
+ Sa2 dẫn: Điện áp ngõ ra bằng 0.
+ Sa3 dẫn: Điện áp ngõ ra bằng -Vdc/2.
Sa1

Sa2

Sa3

Output
Voltage

On

Off

Off

+Vdc/2

Off

On

Off

0v

Off

Off

On

-Vdc/2

Bảng 2. 2 Trạng thái hoạt động của mạch nghịch lưu hình T

Page | 8